基于加速老化試驗的失效分析對光電器件可靠性的影響

摘 要：本文介紹了通信用光電器件的加速老化試驗，以及加速老化試驗對通信用光電器件可靠性評估中的應用，給出了加速老化試驗的基本概念、試驗方法和試驗流程，并分析了加速老化試驗對通信用光電器件的可靠性影響以及對器件壽命的預測。為通信用光電器件在開發、生產和可靠性設計提供依據。

關鍵詞：可靠性 加速老化試驗 失效分析 光電器件 試驗方法 試驗流程

中圖分類號：TN306；TN406文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0026-02

The failure analysis of the accelerated aging test of the influence on the photoelectric devices based on Reliability

Yang Chouchou LiuQiang

（Office of School of information science and engineering，Yanshan University，Qinhuangdao Hebei，066004，China）

Abstract：This paper introduces the communication devices and the application of the accelerated aging test，accelerated aging test of communication for optoelectronic devices in reliability evaluation，test method and test process accelerated aging test is given，and the analysis of the accelerated aging test of communication reliability of optoelectronic devices and forecast of the life of the device. As the communication for optoelectronic devices in the development，production and provide a basis for reliability design.

Key Words：Reliability；Accelerated aging test；Failure analysis；Optoelectronic devices；Test methods；Test procedure

通信用光電器件的可靠性問題，主要涉及由器件設計、制備、封裝等因素決定的固有可靠性和由用戶使用水平決定的使用可靠性兩方面內容，因此器件可靠性工作也就相應地涉及選、用兩方面的問題。光電器件可靠性的工作目的，主要是選擇可靠的器件和可靠地使用器件。而要達到這個目標，需要對器件進行應力試驗獲取試驗數據，并通過試驗數據對器件的可靠性進行分析。

目前在可靠性評估中用的最多的試驗手段是加速老化試驗，在加速老化過程中應用的最基本的環境應力是溫度，應力對性能參數的影響假定遵循Arrhenius關系。在試驗過程中，選定的參數要定期監測直到退化超過壽命終止閾值或規定的小時數已經達到。在試驗結束時仍然沒有失效的器件，觀察到的任何退化可被外推以提供當超過壽命終止閾值試驗無限期地進行的估計。這些估計的時間和其它樣品超過壽命終止閾值的時間一起可用于與器件可靠性相關的各種計算。

1 加速老化試驗的基本概念和試驗方案

1.1 加速老化試驗的基本概念

加速老化試驗就是用加大應力的方法促使樣品在短時期內失效，從而預測器件在正常儲存條件或工作條件下的可靠性，這樣就可以在較短時間內通過少量樣品的高應力試驗，推算出產品在正常應力下的可靠性水平，可以作為工藝對比及合理制定篩選條件和例行試驗規范的依據。同時，通過對加速老化試驗數據的統計分析，還可以隨時了解造成產品不可靠的主要因素，并迅速反饋到有關設計或生產部門加以改進及糾正。主要目的是確定器件的壽命分布、計算失效率和確定壽命加速特性。確定失效率通常是為了對器件或制造這些器件的生產線進行常規的鑒定。因此，加速老化試驗在實際應用當中不僅節省了人力、物力和時間，并且結合失效分析技術已發展成為控制、提高半導體器件可靠性的一種行之有效的好辦法。

1.2 加速老化試驗的試驗方案

對光電器件進行加速老化試驗，應在規定的時間內和試驗溫度下接受規定的試驗條件作用，并要在規定的中間點和終點進行必要的性能參數的測量。對待有外引線和管殼的器件應按它們安裝方式采用外引線和管殼安裝，并且保持連接點的溫度不低于規定溫度。試驗前選擇的試驗條件、時間、樣本大小和溫度應記錄下來，并在整個試驗中都應遵照執行。按照LTPD的抽樣方式進行抽樣，并對樣品進行高應力試驗。通過加大應力的方法促使樣品在短時期內失效，從而預測激光器在正常儲存條件或工作條件下的可靠性。通常在高溫加速老化試驗中很少有器件在試驗過程中短時間會實際超過壽命終止閾值。

2 光纖通信用光電器件的可靠性

2.1 光纖通信用光電器件的可靠性概況

光纖通信主要是利用激光作為信息的載波信號并通過光纖作為傳遞信息的通信系統。光纖通信具有光波頻率高、不受電磁干擾、耐高溫高壓等優點，在目前通信中應用廣泛。在一個完整的光纖通信系統中要用到發射和接收光電器件，基于傳輸和數據通信的各種速率和不同封裝的器件，主要應用于傳輸網、數據網等。而作為光纖通信用的核心，這些光電器件的可靠性將影響到整個傳輸系統，因此光電器件可靠性的高低顯得尤為重要。

光電器件的可靠性直接關系著器件的使用性能，影響著生產和建設的質量和進展速度。產品的可靠性是可靠性工程的一個重要環節。而可靠性工程是一種綜合技術，可靠性技術與管理貫穿于產品規劃、設計、生產、使用的全過程，而且可靠性技術涉及到可靠性數學、失效物理學、試驗技術與試驗分析技術、可靠性標準及可靠性設計與可靠性管理等很廣的技術領域。可靠性技術與管理，從它的孕育、誕生及成長都帶有強烈的社會性。

2.2 影響通信用光電器件可靠性的因素

光纖通信系統中的一臺設備或系統線路中的可靠性在相當大的程度上取決于組成它的光電器件的可靠性，造成設備失效的原因和影響設備可靠性的因素是多方面的。設備出現故障說明設備具有出故障的內因，光電器件的失效隱患多種多樣，如設計上的缺陷，焊點不牢，密封不嚴等等。來自設計、制造或電子元器件質量因素等方面的缺陷，在一定的外因作用下就出現了故障。因此失效是內因和外因共同作用的結果。

引起光電器件失效的外因主要是存儲、運輸和工作過程中的環境條件，不同的環境條件和各種不同的環境條件的惡劣程度對光電器件可靠性的影響大小是不一樣的，以至于設備的失效模式也不一樣。根據設備的用途不用，使用的環境不同，有些環境條件對設備的影響是主要的，有些則是次要的。

3 加速老化試驗中失效分析在光電器件可靠性評估中的應用

一個光纖通信系統是由多個光電器件組成，每個光電器件都有一定的壽命。個別器件的失效會導致整個系統出現故障。為了改善系統的可靠性性能，可以采取多種試驗手段。研究在試驗條件下每個器件的可靠性程度、在給定的時間內的失效的器件進行失效分析、及在給定的條件下應采取怎么樣的措施使系統可靠性達到最佳。通過加速老化試驗可以對系統中每個光電器件的壽命做定性定量分析，以確定壽命分布的類型以及獲得其參數的估計或者得到壽命分布本身的估計，并在此基礎上建立符合實際的系統概率模型，從而定量地把握系統或器件壽命的性狀，并把失效分析獲得的信息反饋到設計、制造或使用維修中，以改善可靠性、降低成本或合理安排維修和更換使之獲得更好的使用價值和經濟效果。

參考文獻

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